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A atmosfera terrestre é um sistema físico complexo, caracterizado por processos dinâmicos, termodinâmicos e radiativos que atuam em múltiplas escalas espaço-temporais e que estão fortemente acoplados ao oceano, à superfície terrestre e a diferentes forçantes externas. A compreensão integrada desses processos constitui um dos principais desafios da meteorologia contemporânea, especialmente diante das mudanças climáticas e do aumento na frequência e intensidade de eventos extremos.

Embora avanços significativos tenham sido obtidos em áreas específicas, ainda persistem lacunas importantes na compreensão dos mecanismos físicos que controlam a variabilidade atmosférica e sua interação com outros componentes do sistema terrestre. Em particular, destaca-se a necessidade de integrar processos multiescalares, desde a camada limite atmosférica até a circulação de grande escala, bem como considerar o papel de forçantes oceânicas, urbanas e eletromagnéticas na modulação do clima.

Essas lacunas tornam-se ainda mais relevantes quando se consideram os impactos associados aos fenômenos atmosféricos, que afetam diretamente sistemas ambientais, operacionais e humanos. Eventos extremos, como ondas de calor, precipitações intensas e tempestades severas, têm gerado impactos crescentes sobre a população, a infraestrutura e setores estratégicos como energia e aviação. Além disso, as condições atmosféricas exercem influência direta sobre a qualidade do ar e a saúde humana, ampliando a necessidade de abordagens integradas que conectem a meteorologia física à biometeorologia.

No contexto das mudanças climáticas, a capacidade de compreender e representar adequadamente os processos físicos da atmosfera torna-se fundamental para reduzir incertezas em projeções futuras. A avaliação de modelos climáticos, especialmente em diferentes resoluções espaciais, e a análise de cenários futuros são essenciais para identificar tendências, extremos e possíveis impactos regionais.

Dessa forma, este projeto se justifica pela necessidade de avançar na compreensão dos processos físicos que governam a atmosfera e suas interações com outros componentes do sistema terrestre, integrando diferentes áreas da meteorologia. A abordagem proposta permite não apenas aprofundar o conhecimento científico, mas também fornecer subsídios para aplicações relevantes, contribuindo para o enfrentamento dos desafios associados às mudanças climáticas e seus impactos na sociedade.

A metodologia será estruturada com base em uma abordagem integrada e multiescalar, combinando dados observacionais, sensoriamento remoto, reanálises e modelagem numérica, com foco na análise dos processos físicos que governam a atmosfera e suas interações com o sistema terrestre.

1. Aquisição e organização de dados

Serão utilizados diferentes tipos de dados, visando representar adequadamente os processos atmosféricos e suas interações:

Dados observacionais: estações meteorológicas de superfície, radiossondagens, dados aeroportuários (METAR/SPECI) e sensores de qualidade do ar;
Dados oceânicos: bóias, campanhas in situ e produtos de temperatura da superfície do mar;
Sensoriamento remoto: dados de satélite para variáveis como vapor d’água, radiação, aerossóis, nuvens e gelo marinho;
Reanálises atmosféricas: produtos como ERA5, utilizados para caracterização da circulação atmosférica e variáveis derivadas;
Dados ambientais e de saúde: bases epidemiológicas e indicadores ambientais para estudos biometeorológicos;
Dados eletromagnéticos: séries associadas à variabilidade geomagnética e ressonância de Schumann;
2. Análise de processos físicos da atmosfera

A investigação será centrada na análise dos mecanismos físicos fundamentais, incluindo:

balanço de energia na superfície e na atmosfera;
processos radiativos de onda curta e longa;
estrutura e evolução da camada limite atmosférica;
estabilidade atmosférica e turbulência;
transporte de calor, umidade e momentum;
interações superfície-atmosfera e oceano-atmosfera;
3. Análise multiescalar da variabilidade atmosférica

Os processos serão analisados em diferentes escalas espaço-temporais:

Microescala: processos turbulentos e camada limite;
Mesoescala: sistemas convectivos, brisas e eventos severos;
Escala sinótica: frentes, ciclones e sistemas de grande escala;
Escala climática: variabilidade interanual e mudanças de longo prazo;

Serão aplicadas técnicas estatísticas, análise de séries temporais, correlações com defasagem (lag) e análise espectral.

4. Modelagem numérica e climática

Serão utilizados modelos atmosféricos e climáticos para investigação dos processos físicos e projeções futuras:

modelos climáticos globais (CMIP6 e HighResMIP);
modelos do sistema terrestre (BESM e MONAN);
comparação entre diferentes resoluções espaciais;
validação com dados observacionais e reanálises;

A análise incluirá métricas estatísticas como correlação, viés, erro quadrático médio e diagramas de Taylor.

5. Análise de eventos extremos e projeções futuras

Serão identificados e analisados eventos extremos (temperatura, precipitação, vento e qualidade do ar), considerando:

frequência, intensidade e duração;
condições atmosféricas associadas;
mudanças sob diferentes cenários climáticos (SSPs);
6. Integração com aplicações ambientais e humanas

Os resultados serão integrados para avaliação de impactos em diferentes contextos:

saúde humana (biometeorologia);
conforto térmico e extremos térmicos;
qualidade do ar e dispersão de poluentes;
condições atmosféricas relevantes para aviação;

Também será explorada a relação entre variáveis atmosféricas e eletromagnéticas, buscando identificar possíveis mecanismos de acoplamento.

7. Desenvolvimento de sistemas de monitoramento baseados em sensores de baixo custo, com o objetivo de ampliar a cobertura espacial de dados atmosféricos e ambientais.

Indicadores

Os indicadores foram definidos para avaliar o desempenho científico, a integração das áreas e a aplicabilidade dos resultados:

Número de artigos científicos publicados em periódicos indexados (Web of Science/Scopus);
Número de trabalhos apresentados em eventos científicos nacionais e internacionais;
Número de orientações concluídas (TCC, dissertações e teses);
Número de bases de dados integradas e analisadas;
Número de experimentos observacionais realizados (incluindo sensores de baixo custo);
Número de estudos aplicados desenvolvidos (saúde, aviação, qualidade do ar, energia);
Participação em redes de pesquisa e colaborações nacionais e internacionais;
Metas

As metas estão organizadas de forma progressiva, considerando o desenvolvimento científico e a consolidação das linhas de pesquisa:

Caracterizar os principais processos físicos da atmosfera em diferentes escalas;
Integrar dados observacionais, reanálises e modelagem numérica para análise multiescalar;
Avaliar o papel das interações oceano–atmosfera–criosfera na variabilidade climática;
Investigar mecanismos associados à ocorrência de eventos extremos;
Analisar projeções futuras de mudanças climáticas e seus impactos regionais;
Desenvolver e validar o uso de sensores de baixo custo para monitoramento ambiental;
Integrar variáveis meteorológicas, ambientais e de saúde em análises biometeorológicas;
Consolidar uma linha de pesquisa interdisciplinar com foco em meteorologia física aplicada;
Resultados esperados
Avanço na compreensão dos processos físicos que governam a atmosfera e suas interações;
Melhoria na interpretação da variabilidade climática e de eventos extremos;
Redução de incertezas na análise de projeções climáticas futuras;
Produção científica qualificada em periódicos de alto impacto;
Formação de recursos humanos em nível de graduação e pós-graduação;
Geração de bases de dados integradas e consistentes;
Fortalecimento da interface entre meteorologia física e aplicações (saúde, aviação, energia e qualidade do ar);
Desenvolvimento de metodologias observacionais inovadoras com uso de sensores de baixo custo;
Subsídios científicos para estudos ambientais e apoio à tomada de decisão;